USVs unabdingbar für sichere Windenergieanlagen

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Luft hat keine Balken – aber einen Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad einer Windenergieanlage ist durch einen natürlichen Faktor begrenzt, den sogenannten Betzschen Erntefaktor. Insgesamt beträgt der Erntegrad etwa 59 Prozent. Doch noch weitere Verlustfaktoren schmälern den Ertrag einer Windenergieanlage. So gehen 4,5 Prozent der elektrischen Energie durch Blindströme auf dem Weg zwischen Kraftwerk und Nutzer verloren. Alle elektrischen Verbraucher in der Anlage selbst schlagen ebenfalls negativ zu Buche. So ist es wichtig, dass die USV, ein großer Verbraucher innerhalb der Gondel, mit einem möglichst guten Wirkungsgrad ausgestattet ist. In der Regel werden einphasige Anlagen mit einer Leistung von 2 bis 3 kVA eingesetzt. Soll auch eine aktive Kühlung erfolgen, sind die USVs dreiphasig und erreichen bis zu 15 kVA Kapazität. Ein Prozent Wirkungsgrad weniger kann hier zu deutlich spürbaren Verlusten in der Endabrechnung führen. Heute sind in puncto Wirkungsgrad transformatorlose Systeme, die auch von Rittal angeboten werden, klar im Vorteil.

Durch den fehlenden Ausgangstrafo sinken nicht nur die elektrischen Verluste, sondern auch das Gewicht. Für den Einsatz in einer schwer zugänglichen Umgebung, zu der Lasten nur über eine Winde oder einen Lastenaufzug transportiert werden können, ist das ein enorm wichtiges Entscheidungskriterium. Die meisten Hersteller von Windenergieanlagen legen neben der Batterielebensdauer ihren Auswahlschwerpunkt auf Größe und Wartungsfreundlichkeit der USV. Je kompakter das Gerät ist und je schneller und einfacher ein Austausch bei Fehlern durchgeführt werden kann, desto besser. Die Wartungsfreundlichkeit bezieht sich sowohl auf den Akkutausch als auch auf Fehler in der USV selbst. Rittal baut die Akkus dafür in spezielle Rack-Schubladen ein, mit denen sich der Tausch bequem und schnell durchführen lässt. Bei größeren Anlagen sind auch modulare Konzepte mit einem redundanten n+1 Aufbau möglich. Dort teilen sich mehrere Leistungsmodule die Versorgung der Last. Fällt ein Modul aus, übernehmen die anderen Einschübe dessen Rolle. Servicetechnikern erleichtert das den Einsatz, es wird nicht repariert, nur getauscht. Die Mean-Time-To-Repair (MTTR) wird deutlich reduziert. Besonders vorteilhaft: Auch der Windenergie-Anlagenhersteller kann das fehlerhafte Modul austauschen, dazu ist kein Techniker von Rittal notwendig.

Schnelle Information notwendig

Windenergieanlagen werden dort aufgestellt, wo sich der Betreiber die höchste Ausbeute an Windenergie verspricht. Im schlimmsten Fall liegt der Standort viele Dutzend Kilometer vom Hersteller oder Betreiber entfernt. Bei einer Offshore-Anlage müssen zusätzlich längere Strecken über Wasser überwunden werden. Trotzdem benötigen die Techniker jederzeit einen aktuellen Zustandsbericht der Anlage und ihrer Systeme. Das gilt natürlich auch für die USV, wo Ausfälle zum sofortigen Stop der Turbine führen. Die Benachrichtigung läuft zweigleisig. Zum einen haben die Systeme, darunter auch die USVs, eine Netzwerkanbindung, die über SNMP Statistikdaten und Zustände an den Leitstand liefert. Es ist wichtig, dass die ausgewählten USV-Anlagen zunächst überhaupt über eine SNMP-Schnittstelle verfügen und zum anderen streng am Standard ausgerichtet sind. Die SNMP-Implementation der Leitstandsoftware muss perfekt zum SNMP-Protokoll der USV passen. Das ist nicht bei jedem USV-Hersteller selbstverständlich.

Um einen weiteren Sicherheitskanal für den Informationsfluss zu haben, nutzen die Anlagenanbieter von Windenergiesystemen auch einen drahtgebundenen Signalweg. Jede USV ist über potenzialfreie Kontakte mit der Leitzentrale verkabelt. Damit werden die wichtigsten Notsignale wie „Defekter Akku“ übermittelt, aber auch ein Shutdown eingeleitet, wenn die USV zu lange vom Netz getrennt ist, um die Tiefentladung der Akkus zu vermeiden. Sie würde sonst zu einer deutlich geringeren Lebensdauer führen.

Auch wenn die USV nur ein Element im komplexen System Windenergieanlage ist, kommt ihr doch eine entscheidende Bedeutung für die Verfügbarkeit zu. Bei einem Ausfall steht die Turbine still, erzeugt keinen Strom und macht einen äußerst kostspieligen Serviceeinsatz notwendig. Wenn der USV-Hersteller durch Schaltungsdesign und Materialauswahl die Verfügbarkeit und MTTR erhöhen kann, spielen etwaige Mehrkosten schlicht keine Rolle. Wenn dann noch durch ein modulares Konzept der Einbau und die Wartung beschleunigt und vereinfacht werden, ist die Wahl zwischen Standard-USV aus dem IT-Regal und optimal ausgelegter USV mit TempExtend-Technologie keine Frage mehr.

Staffan Reveman, Abteilungsleiter im Branchenmanagement IT, Rittal

Bastian Dobrick, Verantwortlicher für Branchenmanagement Erneuerbare Energien, Rittal

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